Gapped Topological Kink States and Topological Corner States in Graphene
基于紧束缚模型计算和光子实验可视化，我们报道了畴壁诱导的带隙拓扑扭结态和拓扑角态。在石墨烯中，具有无间隙拓扑扭结态的畴壁可以通过亚晶格对称性破缺或晶格变形来诱导。我们发现，这两种机制的共存将诱导畴壁具有带隙的拓扑扭结态。值得注意的是，这两种类型的畴壁的交叉点引起局部化在交叉点的拓扑角状态。通过对畴壁的调控，我们发现石墨烯不仅是一个以可控的方式支持多种拓扑角模的多功能平台，而且在制备由带隙的拓扑扭结态和拓扑角态组成的拓扑量子点等方面具有广阔的应用前景.
2019-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological band gap in intercalated epitaxial graphene
石墨烯的功能化调控是一个重要的基础研究和实际应用课题。在这项研究中，我们表明，5 $d$过渡金属在SiC上的外延石墨烯的嵌入是一种很有前途的方法，实现拓扑非平凡的阶段与有限的带隙的石墨烯。利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们证明了Re和Ta插层石墨烯成为二维拓扑绝缘体，分别呈现线性Dirac锥和二次带，并具有拓扑带隙.拓扑态的出现归因于插层剂强的自旋-轨道耦合强度。我们发现，拓扑边缘状态存在于有限的体带隙内，根据体边界对应。我们还讨论了由于反转对称性破缺和自旋轨道耦合引起的能带结构的自旋分裂。我们的研究结果表明，插层石墨烯是一种有效的和可行的方法来操纵石墨烯的带隙和拓扑特性。这种插层石墨烯系统对于自旋电子学和量子计算应用有潜在用途。
2019-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evidence for topological proximity effect in graphene coupled to topological insulator
石墨烯中拓扑有序的出现对量子自旋霍尔态的实现提出了极大的需求。最近，理论上提出拓扑绝缘体中表面态的自旋织构可以通过邻近效应直接转移到石墨烯上。在这里，我们报告的拓扑邻近效应的观察石墨烯-拓扑绝缘体Bi 2Se 3异质结通过磁输运测量。通过施加垂直的负磁场可以增强石墨烯的p_z轨道与Bi_2Se_3底表面表面态p轨道之间的耦合，从而在Dirac点处产生高达-91%的巨负磁电阻效应.一个明显的电阻率下降的传输曲线中的狄拉克点也观察到在混合装置，这是一致的理论预测的扭曲狄拉克带与独特的自旋纹理继承Bi 2Se 3表面状态。
2016-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing topological phases in graphene via random adsorption
我们研究了在石墨烯中随机分布的吸附物实现拓扑相的可能性。当石墨烯与周期性分布的吸附原子作用时，增强的自旋轨道耦合可以导致各种拓扑相。然而，在某些吸附原子覆盖率，谷间散射使系统成为平凡的绝缘体。利用有限尺寸标度方法和Landauer-Büttiker公式，我们证明了吸附原子分布的随机化大大削弱了谷间散射，但对自旋轨道耦合的影响可以忽略不计.因此，这种随机化将石墨烯从平凡的绝缘体转变为拓扑状态。
2012-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Topological Insulator State and Topological Phase Transition in Bilayer Graphene
我们发现，门控双层石墨烯主机强拓扑绝缘体（TI）相Rashba自旋轨道（SO）耦合的存在下。我们发现，在保持时间反演对称性的情况下，栅控双层石墨烯对于小的Rashba SO耦合$λ_{\mathrm{R}}$是量子谷霍尔绝缘体，当$λ_{\mathrm{R}} > \sqrt{U^2+t_\bot^2}$（其中$U$和$t_\bot$分别为层间势和隧穿能）时，栅控双层石墨烯跃迁到强的TI.与传统的量子自旋霍尔态不同，我们的强TI相的边缘模式表现出自旋和谷滤波，因此共享量子自旋霍尔和量子谷霍尔绝缘体的属性。强TI相在弱石墨烯本征SO耦合的存在下保持稳健。
2011-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Unbalanced edge modes and topological phase transition in gated trilayer graphene
当通过施加层间电势差打开体隙时，由手性堆叠的三层石墨烯承载的无隙边缘模式显示独特的特征。我们表明，三层石墨烯与半整数谷霍尔电导率导致不平衡的边缘模式在相反的锯齿形边界，从而在一个自然的谷电流极化。这种不寻常的特性在Rashba自旋轨道耦合的存在下得以保留，该耦合将门控三层石墨烯转变为具有奇数个螺旋边缘模式对的${Z}_2$拓扑绝缘体。
2012-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Manipulation and Characterization of the Valley Polarized Topological Kink States in Graphene Based Interferometers
谷极化拓扑扭结态广泛存在于六角晶格系统的畴壁中，在实验中得到了确认，但只给出了非常有限的物理性质。利用由石墨烯畴壁构成的Aharanov-Bohm干涉仪，通过调节磁场或费米能级，研究了纯谷电流在大范围内的周期性调制.对于单层石墨烯器件，存在一个拓扑扭结态，透射系数的振荡具有单周期性。从透射数据中可以提取出$π$ Berry相位和扭结态的线性色散关系。对于双层石墨烯器件，存在两个具有两个振荡周期的拓扑扭结态。我们的建议提供了一个实验上可行的路线来操纵和表征经典波和电子石墨烯型晶体系统中的谷极化拓扑扭结态。
2018-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity-induced giant spin-orbit interaction in epitaxial graphene on topological insulator
Dirac材料的异质结构，如石墨烯和拓扑绝缘体，为探索固体中电子的奇异量子态提供了有趣的平台。本文采用密度泛函理论和紧束缚方法研究了石墨烯-Sb 2 Te 3异质结构的电子结构。我们发现，在Sb 2 Te 3上的外延石墨烯由于其接近拓扑绝缘Sb 2 Te 3而转变为量子自旋霍尔相。发现外延石墨烯发展出约~20 meV的巨大自旋-轨道能隙，这比原始石墨烯的自旋-轨道能隙大约三个数量级。我们讨论了这种增强的自旋-轨道相互作用的起源和可能的结果的自旋霍尔阶段在石墨烯。
2012-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Exchange and spin-orbit proximity driven topological and transport phenomena in twisted graphene/CrI$_3$ heterostructures
通过第一性原理和kp方法研究扭转石墨烯/CrI$_3$异质结构，推导低能有效哈密顿量并揭示伴随磁基态变化的拓扑相变，突显应变工程控制二维异质结构拓扑与磁相的潜力。
2025-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proximity-induced topological transition and strain-induced charge transfer in graphene/MoS2 bilayer heterostructures
石墨烯/MoS 2异质结构通过将石墨烯纳米片和单层MoS 2组合而形成。由于层之间的弱范德华相互作用，两个组成单层的电子特征在所得异质结构中相当好地保留。然而，MoS 2的接近在石墨烯中诱导强度约为1 meV的强自旋轨道耦合效应，这比原始石墨烯的固有自旋轨道耦合大近三个数量级。这打开了石墨烯中的带隙，并进一步导致狄拉克点附近的自旋非简并带的反交叉。晶格无公度石墨烯/MoS 2异质结构表现出有趣的莫尔条纹，在实验中已经观察到。异质结的电子能带结构对双轴应变和层间扭曲非常敏感。尽管石墨烯的狄拉克锥保持完整，并且在环境条件下石墨烯和MoS 2层之间没有发生电荷转移，但在石墨烯/MoS 2异质结构中可以实现应变诱导的电荷转移。施加栅极电压揭示了石墨烯/MoS 2异质结构中拓扑相变的发生。在本章中，我们讨论了石墨烯/MoS 2异质结构的晶体结构，层间效应，电子结构，自旋态，以及应变和衬底邻近对电子性质的影响。我们进一步提出了不同的拓扑量子相的石墨烯/二硫化钼异质结构的概述和审查在这一领域的最新进展。
2018-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological effects of three-dimensional porous graphene on Dirac quasiparticles
本文报道了三维（3D）多孔石墨烯与可调的孔径和一个保存的二维石墨烯系统的狄拉克准粒子对其电性能的拓扑效应。这种3D结构的特征在于没有边缘的光滑互连的石墨烯片的固有曲率，其结构和性质可以通过其孔径来控制。通过磁电阻测量研究了孔径对电输运性质的影响。我们观察到，具有小孔的3D石墨烯随着温度的降低而表现出向弱局部化的转变。与基于量子修正的理论的比较澄清了内禀曲率的增加显著地诱导了谷间散射事件，这破坏了手性。谷间散射率的这种增加源于3D石墨烯的独特拓扑效应，即，形成高曲率所需的拓扑缺陷和所产生的手性混合。我们还讨论了由于微观化学键合状态的散射过程中发现的高空间分辨X射线光电子能谱成像，以支持我们的发现的有效性。
2020-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological features of hydrogenated graphene
氢原子吸附是石墨烯功能化的最有前途的方案之一。氢在狄拉克能量附近诱发窄共振，这导致磁矩的形成。此外，它们还产生局部晶格畸变，这增强了自旋-轨道耦合。磁性和自旋轨道耦合的组合允许丰富多样的相，其中一些具有非平凡的拓扑特征。我们分析了石墨烯单层上氢的有序阵列中磁性和自旋轨道耦合之间的相互作用，并对可能出现的不同相进行了分类。我们扩展了我们的模型，考虑阵列的吸附质在石墨烯类晶体具有较强的内在自旋轨道耦合。
2015-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Persistent Topological Surface State at the Interface of Bi2Se3 Film Grown on Patterned Graphene
我们采用石墨烯作为可图案化的模板来保护拓扑绝缘体（TI）薄膜的本征表面态不受环境影响。在这里，我们发现石墨烯提供了高质量的界面，因此可以在载流子密度高于~10^19 cm-3的金属Bi 2Se 3膜的界面处观察到与拓扑表面态相关的Shubnikov de Haas（SdH）振荡。我们的原位X射线衍射研究表明，Bi 2Se 3薄膜外延生长在一个五重层的方式从底层没有任何结构变形的界面应变。磁输运测量（包括源自多个电导通道的SdH振荡）表明，迁移率高达约0.5 m^2/Vs的拓扑表面态与下面的石墨烯保持完整，没有退化。考虑到石墨烯在任意绝缘衬底上预图案化，可以利用基于TI的微电子设计。因此，我们的研究提供了一个前进的一步，观察拓扑表面状态在界面上没有退化，通过调整TI和石墨烯之间的界面到一个可测量的电流设备应用。
2014-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Valley-Selective Topological Ordered States in Irradiated Bilayer Graphene
无间隙双层石墨烯易受各种自发带隙状态的影响。然而，正如理论预测和实验观察到的那样，基态在拓扑上是微不足道的，因为与谷无关的能隙在能量上是有利的。在这里，我们表明，在层间电场和圆偏振光的应用下，一个谷可以选择表现出原来的相互作用不稳定性，而另一个被冻结。调整这个Floquet系统稳定多个竞争的拓扑有序状态，区分边缘运输和圆二色性。值得注意的是，量子化的电荷，自旋和谷霍尔电导率共存于一个稳定的状态。
2017-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A general relation between stacking order and Chern index: a topological map of minimally twisted bilayer graphene
我们推导出描述双层石墨烯的两层的相对移位的堆叠矢量${\bf u}$与陈氏指数之间的一般关系。我们发现$C = ν- \text{sign}\left(|V_{AB}|-|V_{BA}|\right)$，其中$ν$是一个谷指数和$|V_{αβ}|$的堆积势的绝对值，依赖于${\bf u}$和唯一地确定层间相互作用; AA堆积在拓扑字符中没有发挥作用。通过这个表达式，我们表明，虽然理想和松弛的最小扭曲双层石墨烯看起来如此不同，以至于几乎是不同的材料，但它们的陈氏指数图是完全相同的。因此，这种材料的拓扑物理对晶格弛豫具有很强的鲁棒性。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle spectroscopy as a probe of the topological phase in graphene with heavy adatoms
石墨烯中的电子与重吸附原子（例如In或Tl）已经被预测形成具有潜在适合于未来实际应用的实质性光谱间隙的2D拓扑绝缘体相。为了促进正在进行的实验工作，以确定这一阶段，我们进行了理论研究，其光谱特性的模型石墨烯系统与随机分布的吸附原子。我们广泛的建模表明，随机重吸附原子产生一个完整的光谱间隙（相对于迁移率间隙），伴随着独特的准粒子干涉图案观察通过傅立叶变换扫描隧道光谱。
2014-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonlocal Optical Response in Topological Phase Transitions in the Graphene Family
我们调查交错的二维材料的石墨烯家族，包括硅烯，锗烯，锡烯的电磁响应，因为它们是通过各种拓扑相变使用外部场驱动。利用Kubo形式，我们计算了它们的光电导率张量，考虑到电磁激发的频率和波矢，并研究了它在材料的全电子相图上的行为。我们还考虑了石墨烯家族中的等离子体激元激发，发现光学响应中的非局域性会影响各个相的等离子体激元色散谱。电导率分量的表达式对于整个石墨烯家族都是有效的，并且可以容易地被其他人使用。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Plasmonics of magnetic and topological graphene-based nanostructures
石墨烯是研究等离子体激元基本极限的独特材料。除了最终的单层厚度之外，其载流子浓度可以通过化学掺杂或施加电场来调节。以这种方式，石墨烯的电动力学性质可以从高导电性变化到介电性。石墨烯在从太赫兹到中红外频率的宽光谱范围内支持强烈受限的传播表面等离子体激元（SPP）。它还具有强的磁光响应，因此提供了互补的架构，以传统的磁等离子体的基础上磁光活性金属或铌酸锂。尽管有大量的评论文章致力于石墨烯的等离子体特性和应用，很少有人知道石墨烯的磁等离子体和拓扑效应在石墨烯基纳米结构，这是本文的主要主题。我们讨论了几种策略，以提高拓扑结构不同的封闭表面景观，即石墨烯纳米管，圆柱形纳米腔和环形纳米结构的等离子体效应。综述了手征亚结构上的强非对称SPP传输现象以及结构拓扑指数与等离子体拓扑指数之间的基本关系。
2017-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Defects in Graphene: Dislocations and Grain Boundaries
尽管有大量的实验观察，但石墨烯中的拓扑缺陷，位错和晶界仍然没有得到很好的理解。我们介绍了一种通用的方法，用于构建任意伯格斯矢量以及晶界，覆盖整个范围内的可能的取向差角的石墨烯位错。通过使用从头计算，我们调查这些拓扑缺陷的热力学和电子性质，发现积极有利的对称大角度晶界，强烈的倾向，在小角度制度的面外变形，和显着的影响，对电子结构。目前的研究结果表明，位错和晶界是石墨烯中重要的本征缺陷，可以用于工程石墨烯基纳米材料和功能器件。
2010-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tunable Tunneling Resistance in Graphene/Topological Insulator Vertical Junctions
基于石墨烯的垂直异质结构，特别是与其他层状材料相结合的堆叠，在纳米电子学方面很有前途。石墨烯和拓扑绝缘体这两种模型狄拉克材料的堆叠可以显著地扩大范德华异质结构的家族。尽管对这两种材料有了很好的了解，但是组合的垂直异质结的电子输运性质仍然是未知的。在这里，我们展示了Bi 2Se 3纳米片和单层石墨烯之间的垂直异质结的实验实现。在低温下，通过垂直异质结的电子输运由隧穿过程主导，该隧穿过程可以通过栅极电压有效地调节以改变费米表面附近的态密度。在磁场的存在下，量子振荡观察到由于量子化的朗道能级在石墨烯和二维表面状态的Bi 2Se 3。此外，我们观察到一个奇异的栅极可调隧道电阻下的高磁场，显示电阻最大值时，底层石墨烯成为量子霍尔绝缘体。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Direct imaging of topological edge states at a bilayer graphene domain wall
带隙石墨烯双层中的AB-BA畴壁是一种罕见的具有拓扑电子态的裸露结构。在这里，我们显示，第一次，直接成像的拓扑边缘状态，使用扫描隧道显微镜。同时获得的畴壁原子分辨率图像为我们提供了前所未有的机会来测量畴壁内空间变化的边缘态，观察到一维导电沟道主要位于畴壁的两个边缘附近，理论计算很好地再现了这一点。我们的实验进一步表明，即使在高磁场的存在下，一维拓扑状态是相当强大的。
2015-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological flat bands in a family of multilayer graphene moiré lattices
本文提出由M层与N层Bernal堆叠石墨烯薄片构成的新型扭转多层石墨烯家族，通过电位移场分离局域于单层的拓扑平带，为调控关联与拓扑现象提供新平台。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Have Mysterious Topological Valley Currents Been Observed in Graphene Superlattices?
我们提供了一个关键的讨论有关的索赔拓扑谷电流，驱动全球Berry曲率和谷霍尔效应在最近的文献中提出的。在指出了解释巨非局域电阻的理论方案的主要不一致性之后，我们讨论了各种可能的替代解释和开放的研究方向，以解决石墨烯超晶格中非局域输运的奥秘。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Topological phases in gated bilayer graphene: Effects of Rashba spin-orbit coupling and exchange field
系统研究了Rashba自旋轨道耦合、层间电势差和交换场对双层石墨烯拓扑性质的影响。在只有Rashba自旋-轨道耦合和层间电势差的存在下，由于面外反转对称性的破坏而导致的带隙开放提供了通过改变外部栅极电压来实现可调谐拓扑相变的新可能性。在$AB$ -堆叠双层石墨烯中发现了二维$Z_2$拓扑绝缘体相和量子谷Hall相，并得到了它们在Dirac点附近的有效低能哈密顿量.对于$AA$堆叠，我们没有发现任何拓扑绝缘体相存在的大Rashba自旋轨道耦合。当交换场也打开时，双层系统表现出丰富多样的拓扑相，包括量子反常霍尔相，我们得到的相图作为Rashba自旋轨道耦合，层间电势差，和交换场的函数。
2012-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering of the topological magnetic moment of electrons in bilayer graphene using strain and electrical bias
多通道二维材料（例如单层和双层石墨烯或菱面体石墨的薄膜）中的电子态的拓扑性质引起各种不寻常的磁输运机制。在这里，我们调查的拓扑磁矩（相关的Berry曲率）的电子态在双层石墨烯使用应变和垂直偏置的可调性。我们展示了如何可以可控地改变谷$g$ -因子的带边电子，$g_v^*$，在整个范围$10 < |g_v^*| < 200$，我们讨论的表现形式的拓扑磁矩的异常贡献对霍尔电导率和朗道能级谱。
2022-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Realization of Kane-Mele Model in $\pmb X\bf{N_4}$-Embedded Graphene ($\pmb X$=Pt, Ir, Rh, Os)
嵌入有过渡金属氮化物的单层石墨烯（即，$X$ N $_4$），其中过渡金属原子与四个氮原子一起作为单元嵌入石墨烯中以形成稳定的平面单原子厚度结构。我们利用第一性原理计算和紧束缚模型对这些$X$ N $_4$嵌入石墨烯的结构、电子和拓扑性质进行了系统的研究。我们发现$X$ N $_4$嵌入的石墨烯（$X$ =Pt，Ir，Rh，Os）可以打开容纳\emph{two-dimensional} $\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体的拓扑非平凡带隙。我们进一步表明，带隙附近的低能带可以被一个修改的凯恩-梅勒模型哈密顿量完美地捕获。我们的工作不仅提供了实现\emph{two-dimensional} $\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体的非常罕见的具体二维材料，而且使石墨烯体系在承载Kane-Mele型$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体方面成为现实。
2022-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Node-Line Semimetal in Three Dimensional Graphene Networks
石墨烯是一种二维（2D）碳片，其电子结构的狄拉克点性质具有可忽略的自旋轨道耦合，从而获得了许多令人惊叹的特性。延伸到3D空间，具有负曲率的石墨烯网络，称为Mackay-Terrones晶体（MTC），已经被提出并进行了实验探索，但其拓扑性质仍有待发现。基于第一性原理计算，我们报道了一个具有拓扑非平凡电子态的全碳MTC，并展示了整体的节点线。当节点线投影到表面上形成圆时，形成了位于圆内部的“鼓面”状平坦表面带。在没有反演对称性的情况下，体节点线可以演化为三维狄拉克点，这在最近的实验中已经表明了它的存在。
2015-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Surface conduction and pi-bonds in graphene and topological insulator Bi2Se3
提出了拓扑绝缘体Bi 2 Se 3的杂化轨道模型，并与石墨烯的杂化轨道模型进行了比较。在Se 1层的范德华间隙和表面上的π键三聚体的存在被认为是负责在Bi 2 Se 3中发现的不寻常的表面导电机制作为拓扑绝缘体。这三个π键被锁定为范德华能隙中Se 1层之间的永久电偶极，作为带隙半导体对体块的吸引力。相反，表面上的π键三聚体被解锁，并表现出两个简并量子态，在跨桥模型中产生局部电荷转移机制，该机制负责表面导电。Bi 2 Se 3表面上的π键的作用进行了比较，在石墨烯中的一个类似的二维能带结构包含狄拉克锥。
2012-12-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Weyl-like Phonons and Nodal Line Phonons in Graphene
通过第一性原理计算和模型分析，我们预测了传统的二维石墨烯在其声子谱中具有拓扑声子类Weyl点（PWs）和声子节线（PNL）。石墨烯的声子色散承载三个I型PW（在BZ角\emph{K}和\emph{K} '处的PW 1和PW 2两者，以及沿着$Γ$-\emph{K}线定位的PW 3）、沿着$Γ$-\emph{M}线定位的一个II型PW 4、以及围绕$q_{x,y}$平面中的中心$Γ$点的一个PNL。计算结果进一步揭示，在整个BZ中，Berry曲率为零，只有这四对Weyl类声子的位置例外，在这些位置处，Berry曲率出现非零奇异值，Berry相位为$π$或- $π$，从而证实了BZ的拓扑非平凡性.拓扑保护的非平凡的声子边缘状态也已被证明沿两个扶手椅边缘和扶手椅边缘的边界。这些结果将为进一步研究石墨烯的拓扑声子性质铺平道路，例如具有抑制后向散射的声子相消干涉和本征声子量子霍尔效应。
2019-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bridging the Physics and Chemistry of graphene. From Huckel aromaticity to Dirac cones and topological insulators
通过将石墨烯和苯通过定义明确的多环芳烃序列及其固有的壳结构桥接，J. Phys. Chem. C，2018，122，17526，表明石墨烯实际上是交织的苯分子的相干排列，它们通过芳香性，壳结构和拓扑结构协调，所有这些都相互关联。石墨烯的奇异性质实际上是芳香性的宏观表现。在分子水平上，这被揭示为属于不同亚晶格的原子pz轨道的动态翻转，导致芳香环和非芳香环之间的动态交换，与前沿占据-未占据轨道或价导带交换相反的宇称相关，与多体和拓扑绝缘体理论完全一致。这种动力学的交换或耦合是由反转破缺驱动的，通过子晶格和空间群对称性之间的几何挫折激活。对于矩形纳米石墨烯，与六边形相反，这导致拓扑无间隙边缘状态，与相反的权利要求相反，其不是自旋极化的。
2019-12-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tunneling in graphene-topological insulator hybrid devices
采用机械转移法制备了石墨烯-拓扑绝缘体（TI）杂化器件，并通过电子输运对其进行了研究。由TI Bi $_2$ Se $_3$下的双层石墨烯（BLG）组成的器件表现出差分电导特性，其似乎由隧穿主导，大致再现了Bi $_2$ Se $_3$的态密度。对于Bi $_2$ Se $_3$顶部上的BLG获得了类似的结果，由于更好的表面一致性，具有与更大的接触面积一致的10倍更大的电导。该器件还显示出涉及Bi $_2$ Se $_3$和石墨烯声子的非弹性声子辅助隧穿过程的证据。这些过程有利于补偿TI $Γ$和石墨烯$K, K'$点之间的动量失配的声子。最后，这些隧道结的效用是证明了密度可调的BLG设备，其中电荷中性点跟踪沿能量密度轨迹。这个轨道被用作基态态密度的量度。
2015-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Influence of Sextets on Graphene Oxide Nanostructure
本研究通过图论微扰分析和分子模型，揭示氧化石墨烯中六元环拓扑结构强制形成1,4-醌型通道，并解释其表面化学性质，为理解GO的化学谜团提供新视角。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
One-dimensional topological channels in heterostrained bilayer graphene
本研究理论证明均匀异质应变不足以在双层石墨烯中产生一维拓扑通道，需考虑原子重构形成扩展伯纳尔畴和尖锐界面，从而调控拓扑通道，与扭转电子学互补。
2023-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological surface state under graphene for two-dimensional spintronics in air
在存在Rashba型自旋-轨道耦合的情况下，半导体异质结构中的电场可以产生允许无耗散信息传输的自旋电流。最大的Rashba效应发生在金属的电子表面态，但这些不能存在，但在真空条件下。在这里，我们揭示了Ir（111）表面态的巨大Rashba效应（α R ~ 1.5E-10 eVm）。我们证明，它的自旋分裂和自旋极化保持不受影响时，铱覆盖石墨烯。石墨烯保护又足以使自旋分裂表面状态在环境大气中存活。我们讨论了这一结果与证据的拓扑保护的表面状态。
2011-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scattering of charge carriers in graphene induced by topological defects
我们研究了石墨烯准粒子的散射拓扑缺陷，代表孔，五边形和七边形。对于空穴，我们发现，在低浓度下，它们对电阻率的贡献可以忽略不计。无论何时引入五边形或七边形，我们都知道费米子电流被缺陷散射。
2011-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological junction states in graphene nanoribbons: A route to topological chemistry
本文对已合成扩展人字形石墨烯纳米带进行系统拓扑分类，并理论建模双结输运，证明拓扑结态与 NO$_2$ 分子相互作用增强，可用于拓扑传感与结辅助化学。
2025-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electric Field Tunable Topological Phases in Graphene Nanoribbons
石墨烯纳米带（GNRs）具有独特的保护性拓扑相。我们表明，通过第一性原理计算，通过施加一个实验上可访问的横向电场（TEF），某些硼和氮周期性共掺杂GNRs具有可调的拓扑相位。由于导带和价带态对电场的相反响应，场致能带反转引起可调谐性。利用空间变化的施加场，创建不同拓扑相位的GNR的片段，从而产生拓扑结态的现场可编程阵列，每个拓扑结态可以被电荷或自旋占据。我们的研究结果不仅表明电场可以作为一个简单的调谐旋钮的拓扑相位在准一维系统中，但也提供了新的设计原则，未来GNR基量子电子器件的拓扑特性。
2021-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic Structure of a Two-Dimensional Graphene-Like Topological Insulator, Bi14Rh3I9
最近，合成了一种新的二维石墨烯类拓扑绝缘体Bi 14 Rh 3 I 9。具有强自旋-轨道相互作用的Bi-Rh片是具有由RhBi 8立方体组成的蜂窝网的石墨烯类似物。在这里，我们推导出的低能有效哈密顿量涉及自旋轨道耦合Bi 14 Rh 3 I9。在没有自旋-轨道耦合的情况下，Bi-Rh片在六角布里渊区的拐角处显示出两个不等价的狄拉克锥。自旋-轨道相互作用在狄拉克点处打开了2400 K的带隙，并在Bi-Rh片中建立了量子自旋霍尔效应。我们的研究结果表明，Bi 14 Rh 3 I 9可能结合了石墨烯和拓扑绝缘体的许多独特的电子性质，并且它应该具有量子谷和自旋霍尔效应的组合。
2013-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ferroelectric valley valves with graphene/MoTe$_2$ van der Waals heterostructures
铁电范德华异质结构提供了一个天然的平台，设计各种电控设备。在这项工作中，我们证明了AB双层石墨烯封装在MoTe $_2$作为一个谷阀，显示一个可切换的内置拓扑间隙，导致铁电驱动的拓扑通道。使用从头计算和低能量模型的组合，我们表明，铁电秩序的MoTe $_2$允许控制的间隙开放的双层石墨烯，并导致不同的铁电畴之间的拓扑通道。此外，我们分析了MoTe $_2$和石墨烯层之间的莫尔调制在拓扑模式中的效果，证明了边缘状态对铁电感应电势的莫尔调制是鲁棒的。我们的研究结果提出了铁电/石墨烯异质结构作为多功能平台，以设计可切换的内置拓扑通道，而无需外部电偏压。
2023-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Aspects of Charge-Carrier Transmission across Grain Boundaries in Graphene
我们系统地研究了载流子在多晶石墨烯中的晶界缺陷的传输通过紧束缚近似下的Landauer-Büttiker形式主义。计算结果表明，在低能量下，当Burger矢量${\mathbf b}=(1,0)$最小时，位错密度降低，透射率受到很强的抑制。所观察到的运输异常解释的角度来看，由于本地化状态的拓扑起源的背散射。这些状态与规范场有关，这些规范场与具有$n-m \neq 3q$（$q \in \mathbb{Z}$）的${\mathbf b}=(n,m)$的所有位错有关。我们的工作确定了一个重要来源的载流子散射所造成的拓扑缺陷存在于大面积石墨烯样品化学气相沉积。
2013-07-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topologically Induced Optical Activity in Graphene-Based Meta-Structures
光学和等离子体系统中的非互易性和非对称传输是设计用于光操纵的单向传输结构的关键因素。在这里，我们研究拓扑纳米结构覆盖的石墨烯基元表面，其中包括一个周期性的图案的亚波长的石墨烯条纹周围的（Meta）管或（Meta）环面缠绕。我们建立了这些结构中的拓扑和等离子体性质之间的关系，证明了简单的理论表达式。我们的研究结果展示了如何使用强不对称和手性等离子体激元响应来定制拓扑元结构中的电动力学性质。由椭圆和双曲等离子体激元在元结构中形成的腔共振对有限长度（Fabry-Perot-like）元管中的单向传播机制敏感，并且在（Mach-Zehnder-like）元环中显示巨模式分裂。
2017-06-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Topological Floquet Engineering of Twisted Bilayer Graphene
我们研究了Floquet设计的扭曲双层石墨烯在圆偏振激光脉冲驱动下的魔角以上的拓扑性质。采用基于第一性原理电子结构的完整莫尔晶胞紧束缚哈密顿量，我们发现在扭转角大于1.05 $^\circ$的双层中的能带拓扑基本上对应于单层石墨烯的能带拓扑。然而，在该系统中通过层之间的偏置电压打开拓扑上微不足道的间隙的能力使得能够探索完整的拓扑相图，这在单层石墨烯中是不可能的。圆偏振光诱导跃迁到拓扑非平凡的Floquet能带结构，并具有陈氏绝缘体的Berry曲率。重要的是，扭曲允许调谐电子能量尺度，这意味着电子带宽可以被定制以匹配紫外或中红外光子能量区域中的实际驱动频率。这意味着莫尔超晶格是一个理想的游乐场结合双电子学，Floquet工程，并强烈相互作用的制度出热平衡。
2019-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Chiral symmetry breaking and topological charge of graphene nanoribbons
本文研究了矩形石墨烯纳米带的边缘性质，发现尽管自洽Hartree-Fock场破坏了手性对称性，其仍作为对称保护拓扑绝缘体存在，并在不同掺杂条件下表现出由能隙项诱导的拓扑荷及近零能边缘模式。
2024-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electrically tunable correlated and topological states in twisted monolayer-bilayer graphene
具有平坦电子能带的扭曲范德华异质结构最近已经成为实现具有非凡程度的控制和可调谐性的相关和拓扑状态的平台。在基于石墨烯的莫尔异质结构中，相关的相图和能带拓扑结构在很大程度上取决于石墨烯层的数量、它们的相对堆叠排列以及封装晶体的外部环境的细节。在这里，我们报告说，扭曲的单层-双层石墨烯（tMBG）的系统主机的各种相关的金属和绝缘状态，以及拓扑磁性状态。由于其低对称性，当施加的垂直电场从双层指向单层石墨烯时，tMBG的相图近似于扭曲双层石墨烯的相图，或者当场反向时，tMBG的相图近似于扭曲双层石墨烯的相图。在前一种情况下，我们观察到的相关态进行轨道驱动的绝缘过渡以上的临界垂直磁场。在后一种情况下，我们观察到出现电可调铁磁性在四分之一填充的导带，与一个大的相关的异常霍尔效应。独特的是，磁化方向可以在零磁场下完全通过静电掺杂来切换。我们的研究结果建立tMBG作为一个高度可调的平台，调查了广泛的可调相关和拓扑状态。
2020-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effect of Topological Non-hexagonal Rings and Stone Wale Defects on the Vibrational Response of Single and Multi-Layer Ion Irradiated Graphene
本研究探讨了观察拓扑非六边形环（NHR）和石纹（SW）缺陷的拉曼实验后，单层（SLG）和多层石墨烯（MLG）与100- 300 eV的Ar离子辐照。虽然通过理论研究预测，但实验首次表明石墨烯SW/NHR缺陷在拉曼光谱中具有特征。相关拉曼特征的宽带宽表明存在不止一种SW/NHR缺陷模式，这与DFT研究一致。SW/NHR相关的拉曼模式强度的变化表明，这些拓扑缺陷在较高的能量湮灭。拉曼允许的G和2D激发的行为，以及无序激活的D，D'和G* 线，也已经在SLG和MLG中进行了研究。这些表明，石墨烯中的缺陷与离子辐照的演变，以及存在的过渡态，超过该过渡态，拉曼模式由sp3含量的上升所主导。这些方面与SW/NHR拉曼光谱的相关性为离子诱导石墨烯的演化提供了重要的见解。通过拉曼光谱直接观察SW/NHR缺陷对于促进在各个领域探索石墨烯的丰富拓扑方面非常重要。
2021-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Transport, Aharonov-Bohm, and Topological Effects in Graphene Molecular Junctions and Graphene Nanorings
由二维碳原子的蜂窝晶格排列所带来的二维扩展石墨烯片中电子态的独特的超相对论性、无质量性质为石墨烯纳米结构中的基本物理现象的探索提供了入口。在这里，我们探讨了原子精确分段石墨烯纳米带（GNRs）和石墨烯环中出现的新的电子行为，使用紧束缚计算，非平衡格林函数输运理论，和一个新开发的狄拉克连续模型，吸收价电导能隙作为位置依赖的质量，包括在片段之间的接触拓扑在原产地质量障碍。通过运输调查在可变宽度分段GNRs扶手椅，锯齿形，和混合边缘终端，我们发现新的法布里-珀罗干涉图案的发展分段GNRs，从超相对论无质量制度的交叉，扩展石墨烯系统的特点，在狭窄的扶手椅GNRs大规模的相对论行为，和非相对论行为的出现在扶手椅终止GNRs。在Aharonov-Bohm体系中，在施加磁场的影响下，多边形石墨烯纳米环中的电子状态的评估，以及使用相对论量子场理论模型对其进行的分析，揭示了拓扑原点零能量孤子状态和电荷分裂的发展。这些结果提供了一个统一的框架，分析电子状态，相干传输现象，并解释即将进行的实验在分段石墨烯纳米带和多边形环。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci hep-ph
Electronic properties of graphene with a topological defect
在基于Dirac-Weyl方程的长波长电子激发连续模型的框架下，考虑了石墨烯中各种类型的拓扑缺陷。电子波函数的条件是指定的，我们表明，拓扑缺陷可以作为一个赝磁涡旋顶点的石墨纳米锥，磁通量的漩涡有关的赤字角的圆锥。分析了所有可能的五边形缺陷类型以及几种七边形缺陷类型（七边形的数量最多为3和6）的情况。确定了态密度和基态电荷。
2007-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el hep-th
